戴月

摘 要：隨著改革開放的不斷深化，我國的經(jīng)濟迅猛發(fā)展，科學(xué)技術(shù)水平顯著提高，在現(xiàn)代技術(shù)的推動下，整流器受到了越來越多的關(guān)注，被應(yīng)用在多個領(lǐng)域。三電平PWM整流器大都采用雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，即由電壓控制外環(huán)與電流控制內(nèi)環(huán)組成的。電壓外環(huán)是根據(jù)直流電壓的大小來決定三電平PWM整流器的輸出功率的大小以及方向的；而電流內(nèi)環(huán)主要是促使整流器實際上的輸入電流能夠在一定程度上跟蹤電流給定而將作用揮發(fā)出來的。本文主要根據(jù)三電平PWM整流器的特點，進而對其系統(tǒng)設(shè)計與仿真進行探究，期望通過本文的論述能夠為三電流整流器的更加完善的設(shè)計提供有效建議。

關(guān)鍵詞：三電平；PWM整流器；雙閉環(huán)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.08.185

0 引言

由于經(jīng)濟與技術(shù)的進步與發(fā)展，三電平整流器也在一定程度上發(fā)生了改變。較為常用的三電平整流器主要是二極管箝位PWM。這類整流器相對于傳統(tǒng)整流器來說有很多的優(yōu)點，如其功率器件可以承受的電壓很少，是直流測電壓的二分之一，有利于使生產(chǎn)成本降低。而且在其輸入的電流中，諧波含量較少，有著較為科學(xué)合理的正弦度，功率因數(shù)不是一成不變的，可以對其進行調(diào)整，能量能夠在交流側(cè)與直流側(cè)之間之間自由流動。憑借自身具有的優(yōu)勢，其被應(yīng)用在很多領(lǐng)域。為了三電平整流器系統(tǒng)的更加完善，本文在此基礎(chǔ)上對其進行仿真研究，因而有著重要的現(xiàn)實意義。

1 三電平整流器概述

三電平整流器是能夠在高壓大功率中運行的PWM整流器，其功率因數(shù)趨近于1，并且其開關(guān)電壓的應(yīng)力較兩電平來說，具有減小一半的優(yōu)點。三電平整流器雖然比兩電平整流器的開關(guān)的數(shù)量要多，且控制起來較為復(fù)雜，但三電平整流器具有兩電平整流器所沒有的特點。首先，由于其電平數(shù)增加，進而使其具有更小的直流側(cè)電壓脈動以及更優(yōu)質(zhì)的動態(tài)性能，在開關(guān)的頻率較低時，如300～500Hz就能夠達到對電流諧波的相關(guān)要求[1]。其次，電平數(shù)增加也使得電源的側(cè)電流要更接近正弦，這與兩電平相比，是最大的不同。且電平數(shù)不斷增加，正弦性也會隨之變化，越來越好，而功率因數(shù)也會變得更高。最后，增加開關(guān)的數(shù)量也有利于將開關(guān)管上的電壓壓應(yīng)力進一步降低，進而將裝置的穩(wěn)定性提高，在對電壓要求較高的場合較為多用。

2 三電平PWM整流器中的工作原理

2.1 主電路拓撲

三電平PWM整流器在其主電路的每個橋臂上都有4個開關(guān)管，一般情況下是IGBT管，為促進電壓均衡，要在直流側(cè)將兩電容進行串聯(lián)，這兩電容必須具有相同的參數(shù)，以保持中性點平衡[2]。三電平的點拓撲的結(jié)構(gòu)主要是指對于中性點來說，每相橋臂都可以擁有3種不一樣的輸出狀態(tài)。因此，可以推算出，所有橋臂應(yīng)該具有27種的開關(guān)狀態(tài)。為了將三種電實現(xiàn)平輸出，每個橋臂一般都是由4個開關(guān)管與2個鉗位二極管而組成。交流側(cè)和電網(wǎng)之間是通過電感與電阻連接的，而對于直流側(cè)來說，是由2個電容相互串聯(lián)并同負載R3共同構(gòu)成的。

2.2 PWM空間相量的控制算法

對于3個不一樣的基本電壓向量可以通過（1-1）公式計算出其在控制系統(tǒng)中的作用時間。在得出具體的時間數(shù)值后，以開關(guān)管對應(yīng)的開關(guān)時間為依據(jù)，將信號的輸出狀態(tài)以及輸出形式確定出來。

由上述分析可知，在三電平空間中，采樣周期應(yīng)該分為四步進行：首先，以參考電壓的位置為基礎(chǔ)，來選擇出合成電壓相量中的三個基本的相量；其次，通過上述公式來對這三個基本電壓相量的時間進行確定；再次，通過公式將基本電壓相量所對應(yīng)的開關(guān)管的主要輸出形式計算出來；最后，通過上面三步的計算，對開關(guān)管的導(dǎo)通時間與順序進行確定。

3 三電平PWM整流器的方針與設(shè)計探討

本文對整流器進行仿真模型主要依據(jù)是Matlab中的三相PWM整流器模型，具體的仿真模型如圖1。

在圖1的仿真結(jié)構(gòu)圖中，主要是按照沒有添加中點電位的控制策略、以SVPWM為基礎(chǔ)，在其之中的重點電位的控制策略以及以電荷為基礎(chǔ)的守恒中點的電位控制策略來對整流器進行仿真模擬的，并且得到了具體對應(yīng)的仿真結(jié)果[3]。通過仿真模擬可以看出，如若PWM整流器并沒有加入中點電位進行控制的仿真時，三電平整流器會出現(xiàn)零點漂移的現(xiàn)象，且這種現(xiàn)象是顯而易見、十分明顯的，對系統(tǒng)以及對應(yīng)的開關(guān)器件有著較大的影響，也會在一定程度上對電壓產(chǎn)生影響。另外，PWM整流器中的中點的位置，在采用電荷守恒中點的控制策略時有明顯的變化，得到了有效的控制，并且這中方法能夠?qū)㈤_關(guān)的損耗降到最小化。此外，這種方法的控制策略的計算方法較為簡單，系統(tǒng)具有極強的穩(wěn)定性，直流側(cè)中的電壓也很平穩(wěn)。

4 結(jié)束語

通過本文對三電平整流器系統(tǒng)的探討，在仿真模擬中對三種方法以及所取得的結(jié)果進行分析，找出最適合的模擬方法。通過模擬可以看出，基于電荷守恒中點的控制策略是最為優(yōu)質(zhì)的，帶來的影響最小。期望通過本文的研究，能夠為三電流系統(tǒng)的完善提供有效建議。

參考文獻：

[1]譚國俊，曹曉冬，王從剛.基于滿意優(yōu)化的三電平PWM整流器瞬時開關(guān)頻率抑制方法[J].中國電機工程學(xué)報，2014，04（24）：4057-4067.

[2]何禮高，陳鑫兵.變電感參數(shù)三電平不可逆PWM整流器的電流PI優(yōu)化控制[J].電工技術(shù)學(xué)報，2011，05（07）：203-209.

[3]劉輝.基于雙閉環(huán)控制的三相三電平PWM整流器研究[J].工礦自動化，2013，04（08）：72-75.